巨磁阻传感器原理及其应用
PPT：GMI Sensor 巨磁阻抗磁传感的原理及应用介绍
GMI Sensor Principle & Application 巨磁阻抗传感器的原理及应用介绍新.磁.（上.海）.电.子.有.限.公.司2013.12 By Tonysensors-ic at qq com邮.件. sensors ic at GMI Sensor 巨磁阻抗传感器简介巨磁阻抗效应（GiantMagneto ‐Impedance effects, GMI ）是指软磁材料的交流阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化的现象，产生GMI 效应的主要原因是高频电流的趋肤效应。
GMI 磁传感器采用交流驱动,具有灵敏度高、饱和磁场低、响应快和稳定性好等优点。
利用GMI 非晶丝材料可设计成高灵敏度的磁场传感器，用于微弱磁场、电流、位置、生物在地磁场测量地磁匹配导航及分子浓度等物理量的检测,在地磁场测量、地磁匹配导航及多种弱磁传感器中有着广泛的应用，具有很大的应用前景和研究价值。
传感器基础材料—非晶丝The MI Sensor makes use of the Giant Magneto‐amorphous metal wire. Impedance effect of magneticGMI传感器材料——GMI效应材料的GMI效应可以用样品阻抗Z随外加磁场Hex变化的Z‐Hex曲线来表征，但这样的曲线不能明确反映出磁阻抗效曲线来表征但样的曲线不能明确反映出磁阻抗效应的强弱程度。
特别是由于样品的测量长度无法严格控制不同样品的无法相较因可选用阻抗的制，不同样品的Z‐Hex无法相互比较，因此可选用相对变化值随外加磁场的变化曲线来表征，用没有外加磁场时的样品阻抗Z0作为“阻抗的相对变化量”的变化场时的样阻抗作为阻抗的相对变化的变化基准，即DZ/Z0=(Z‐Z0)/Z0，其变化率与样品本身的长度无关因为测量电流的频率不高，测量导线的发射并不严关。
因为测量电流的频率不高，测量导线的发射并不严重，因此采用四点法进行测量。
巨磁电阻效应及其应用
实验十七巨磁电阻效应及其应用2007年诺贝尔物理学奖授予了巨磁电阻（Rianr magneto resistance,简称GMR）效应的发现者，法国Paris-Sud大学的物理学家阿贝尔·费尔（Albert Fert）和德国尤里希研究中心物理学家彼得·格伦贝格尔（Peter Grunberg）。
他们于1988年独立作出的发现巨磁阻效应。
诺贝尔奖委员会说明：“这是一次好奇心导致的发现，但其随后的应用却是革命性的，因为它计算机硬盘的容量从几百兆，几千兆，一跃而提高几百倍，达到几百G乃至上千G。
”凝聚态物理研究原子，分子在构成物质时的微观结构，他们之间的互相作用力，及其与宏观物理性质之间的联系。
人们早就知道过渡金属铁、钴、镍能够出现铁磁性有序状态。
量子力学出现后，德国科学家海森伯（W.Heisenberg，1932年诺贝尔奖得主）明确提出铁磁性有序状态源于铁磁性原子磁矩之间的量子力学交换作用，这个交换作用是短程的，称为直接交换作用。
后来发现很多的过渡金属和稀土金属的化合物具有反铁磁有序状态，即在有序排列的磁材料中，相邻原子因受负的交换作用，自旋为反平行排列，如图１７－1所示。
图１７－1 反铁磁有序磁矩虽处于有序状态，但总的净磁矩在不受外场作用时仍为零。
这种磁有序状态称为反铁磁性。
法国科学家奈尔(L. E. F. Neel)因为系统地研究反铁磁性而获1970年诺贝尔奖。
在解释反铁磁性时认为，化合物中的氧离子（或其他非金属离子）作为中介，将最近的磁性原子的磁矩耦合起来，这是间接交换作用。
另外，在稀土金属中也出现了磁有序，其中原子的固有磁矩来自4f电子壳层。
相邻稀土原子的距离远大于4f电子壳层直径，所以稀土金属中的传导电子担当了中介，将相邻的稀土原子磁矩耦合起来，这就是RKKY型间接交换作用。
直接交换作用的特征长度为0.1—0.3nm，间接交换作用可以长达1nm以上。
1nm已经是实验室中人工微结构材料可以实现的尺度。
gmr编码器原理
gmr编码器原理
GMR（Giant Magnetoresistance，巨磁电阻）编码器是一种利用巨磁电阻效应来实现位置检测的传感器。
巨磁电阻效应是指当磁性材料中的电阻受到外部磁场影响时，电阻的大小会发生变化。
GMR编码器的工作原理如下：
1.传感器结构：GMR编码器通常包含一对平行排列的磁性层和一个中间的非磁性层。
这三层被称为自旋阻挫层（Spin Valve）。
两个磁性层的磁矩方向可以相互平行或反平行。
2.外部磁场作用：当外部磁场作用于自旋阻挫层时，它会影响两个磁性层的磁矩方向。
根据巨磁电阻效应，当磁矩方向平行时，电阻较小；而当磁矩方向反平行时，电阻较大。
3.电流通过：将电流通过自旋阻挫层，电流中的自旋也会与磁矩相互作用。
4.测量电阻：测量通过自旋阻挫层的电阻值，即可得知磁矩的相对方向。
由于磁矩的方向受外部磁场影响，因此可以通过检测电阻的变化来确定外部磁场的强度和方向。
5.位置检测：在编码器应用中，GMR编码器可以被设计成一系列磁性和非磁性层的重复结构，以便检测位置信息。
通过测量不同区域的磁场对电阻的影响，可以确定位置信息。
总体而言，GMR编码器利用巨磁电阻效应，通过测量电阻的变化来检测外部磁场的强度和方向，从而实现位置的准确检测。
GMR磁场传感器的工作原理
GMR磁场传感器的工作原理巨磁电阻（GMR）效应是1988年发现的一种磁致电阻效应，由于相对于传统的磁电阻效应大一个数量级以上，因此名为巨磁电阻(Giant Magnetoresistanc)，简称GMR。
1. 巨磁电阻（GMR）原理，见图一。
巨磁电阻（GMR）效应来自于载流电子的不同自旋状态与磁场的作用不同，因而导致的电阻值的变化。
这种效应只有在纳米尺度的薄膜结构中才能观测出来。
赋以特殊的结构设计这种效应还可以调整以适应各种不同的性能需要。
2. 巨磁电阻（GMR）传感器原理，见图二。
巨磁电阻（GMR）传感器将四个巨磁电阻（GMR）构成惠斯登电桥结构，该结构可以减少外界环境对传感器输出稳定性的影响，增加传感器灵敏度。
工作时图中“电流输入端”接5V~20V的稳压电压，“输出端”在外磁场作用下即输出电压信号。
3. 巨磁电阻（GMR）传感器性能，见图三，表一。
图三所示为巨磁电阻（GMR）传感器在外场中的性能曲线，表明该传感器在±200Oe的磁场范围类有较好的线性。
表一所示为国际上各公司生产的巨磁电阻（GMR）传感器的性能对照，表中标注有（库万军）处为本公司产品。
对比表明本公司的产品无论灵敏度或线性范围都有较大的优越性，而且本公司产品性能仍在不停的丰富和完善过程中。
更为重要的是，本公司产品采用特殊的结构，适宜于采用半导体集成化规模生产，因此生产成本低。
图3巨磁电阻（GMR）传感器在外场下的性能曲线表一各公司巨磁电阻（GMR）传感器性能对照灵敏度（mV/V*Oe）线性范围（Oe）结构及材料偏磁技术IBM 0.8 ±25 SPIN-VALVE 设置电流NVE 0.45 ±135 Co/Cu多层膜外置偏磁铁Honeywell 1 ±6 NiFe film(AMR)EPFL-CH 0.024 ±150 聚磁通霍尔元件INESC 0.6 ±30 SPIN-VALVE 设置电流INESC （库万军）0.21 ±135 NiFe/CoFe/Cu多层膜CoFe/CoPt双层膜INESC （库万军）0.17 ±200 NiFe/CoFe/Cu多层膜CoPt膜（两矫顽力）INESC（库万军）1.3 ±20 SPIN-VALVE 两次沉积INESC（库万军）探测磁场X-Y分量的集成元件INESC（库万军）数字、脉冲型3. 产品使用说明a.巨磁电阻（GMR）传感器作为一种有源器件，其工作必须提供5~20V的直流电源。
巨磁电阻效应
巨磁电阻效应巨磁电阻效应是一种材料的特殊电学性质，它在磁场的作用下，导致材料电阻发生变化。
这种效应最早于1857年被法国物理学家埃米尔·埃德蒙·皮卡尔发现，并在20世纪80年代得到了进一步的研究和应用。
一、巨磁电阻效应的原理巨磁电阻效应的原理主要基于磁电阻效应和自旋极化效应。
当电流通过材料时，自由电子会受到周围磁场的影响而发生偏转。
当磁场垂直于电流方向时，自由电子的自旋方向和运动方向会发生关联，这也被称为自旋阻尼。
在自旋阻尼的作用下，自由电子的速度和自旋方向会发生变化，导致电子在材料中碰到来自其他自由电子的阻力。
这种阻力会导致材料电阻的增加，从而出现巨磁电阻效应。
二、巨磁电阻效应的应用1. 磁存储技术巨磁电阻效应被广泛应用于磁存储器中，例如硬盘驱动器和磁存储芯片。
在磁存储器中，巨磁电阻效应可以使得读取电路能够更加准确地检测到磁场的变化，从而实现数据的读取和写入。
2. 磁传感器由于巨磁电阻效应的敏感性和可控性，它在磁传感器领域得到了广泛的应用。
磁传感器利用巨磁电阻效应可以测量磁场的强度和方向，广泛应用于导航、车辆安全和医疗设备等领域。
3. 电子设备巨磁电阻效应还被应用于电子设备中，例如磁传感器、扬声器和微波器件等。
这些设备利用巨磁电阻效应可以实现电阻的调节和信号的处理。
三、巨磁电阻效应的优势和展望与传统电阻相比，巨磁电阻效应有以下几个优势：1. 效应大：巨磁电阻效应的变化幅度可达到几十倍甚至上百倍。
2. 快速响应：巨磁电阻效应的响应速度可以达到纳秒级别。
3. 高稳定性：巨磁电阻效应是一种内禀的性质，不受温度和时间的影响。
随着科技的不断进步和应用场景的拓宽，巨磁电阻效应在各个领域都有很大的发展潜力。
未来，随着材料科学和纳米技术的进一步发展，相信巨磁电阻效应将有更加广泛的应用，为人们的生活带来更多便利和创新。
巨磁电阻效应和应用_实验报告
巨磁电阻效应和应⽤_实验报告巨磁电阻效应及其应⽤【实验⽬的】1、了解GMR效应的原理2、测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线3、测量GMR的磁阻特性曲线4、⽤GMR传感器测量电流5、⽤GMR梯度传感器测量齿轮的⾓位移，了解GMR转速（速度）传感器的原理【实验原理】根据导电的微观机理，电⼦在导电时并不是沿电场直线前进，⽽是不断和晶格中的原⼦产⽣碰撞（⼜称散射），每次散射后电⼦都会改变运动⽅向，总的运动是电场对电⼦的定向加速与这种⽆规散射运动的叠加。
称电⼦在两次散射之间⾛过的平均路程为平均⾃由程，电⼦散射⼏率⼩，则平均⾃由程长，电阻率低。
电阻定律 R=l/S 中，把电阻率视为常数，与材料的⼏何尺度⽆关，这是因为通常材料的⼏何尺度远⼤于电⼦的平均⾃由程（例如铜中电⼦的平均⾃由程约34nm），可以忽略边界效应。
当材料的⼏何尺度⼩到纳⽶量级，只有⼏个原⼦的厚度时（例如，铜原⼦的直径约为0.3nm），电⼦在边界上的散射⼏率⼤⼤增加，可以明显观察到厚度减⼩，电阻率增加的现象。
电⼦除携带电荷外，还具有⾃旋特性，⾃旋磁矩有平⾏或反平⾏于外磁场两种可能取向。
早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott指出，在过渡⾦属中，⾃旋磁矩与材料的磁场⽅向平⾏的电⼦，所受散射⼏率远⼩于⾃旋磁矩与材料的磁场⽅向反平⾏的电⼦。
总电流是两类⾃旋电流之和;总电阻是两类⾃旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。
在图2所⽰的多层膜结构中，⽆外磁场时，上下两层磁性材料是反平⾏（反铁磁）耦合的。
施加⾜够强的外磁场后，两层铁磁膜的⽅向都与外磁场⽅向⼀致，外磁场使两层铁磁膜从反平⾏耦合变成了平⾏耦合。
电流的⽅向在多数应⽤中是平⾏于膜⾯的。
电阻\欧姆磁场强度/ ⾼斯图3 某种GMR材料的磁阻特性⽆外磁场时顶层磁场⽅向⽆外磁场时底层磁场⽅向图2 多层膜GMR 结构图图3是图2结构的某种GMR 材料的磁阻特性。
由图可见，随着外磁场增⼤，电阻逐渐减⼩，其间有⼀段线性区域。
巨磁阻抗磁传感的 GMI 非晶丝 MI-CB-1DH,K.Mohri Yashizawa Duwez aichi-mi Aichi Micro Intelligent
新.磁.（上.海）.电.子.有.限.公.司 2013.12 By Tony 邮.件. sensors-ic at
GMI Sensor
巨磁阻抗传感器简介
巨磁阻抗效应（GiantMagneto-Impedance effects, GMI）是 指软磁材料的交流阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化 的现象，产生GMI效应的主要原因是高频电流的趋肤效应。 GMI磁传感器采用交流驱动,具有灵敏度高、饱和磁场低、 响应快和稳定性好等优点。利用GMI非晶丝材料可设计成高 灵敏度的磁场传感器，用于微弱磁场、电流、位置、生物 分子浓度等物理量的检测,在地磁场测量、地磁匹配导航及 多种弱磁传感器中有着广泛的应用，具有很大的应用前景 和研究价值。
Parameters Technical Dataity Frequency Response Non-linearity Noise Supply Voltage Operating temperature dimensions
测磁范围 灵敏度 响应频率 非线性度 噪声 电源电压 工作温度 模块尺寸
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(2) Fast Response，Frequencies up to 1MHz are possible.
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(3) Excellent TemperatureStability
GMI传感器材料——GMI效应
CHARACTERIZATION OF MAGNETO-IMPEDANCE THIN FILM MICROSTRUCTURES
巨磁阻效应的原理及应用
巨磁阻效应的原理及应用1. 引言巨磁阻效应（Giant Magneto Resistance，简称GMR）是一种材料特性，是指在外加磁场下，材料电阻发生大幅度变化的现象。
由于其在信息存储、传感器等领域具有广泛的应用，因此对其原理及应用进行深入研究和了解具有重要意义。
2. 巨磁阻效应的原理巨磁阻效应源于磁性多层结构材料中的自旋阻尼效应和磁性交换效应。
当多层结构材料中的两个磁性层之间被非磁性层隔开时，自旋极化电流通过这些层会引起阻尼之间的传递，导致电阻发生变化。
巨磁阻效应的原理可以用以下几点进行解释：•磁性多层结构：采用多层薄膜结构，其中包含不同磁性层和非磁性层。
•自旋极化电流：施加自旋极化电流时，电子的自旋会对电子传输产生影响。
•自旋阻尼效应：自旋极化电流通过磁性层时，会与该层磁矩发生相互作用，引起自旋的阻尼。
•磁性交换效应：自旋极化电流引起的自旋阻尼会与相邻磁性层之间的磁性交换作用产生耦合，导致电阻变化。
3. 巨磁阻效应的应用3.1 磁存储器巨磁阻效应在磁存储器中有广泛应用。
磁存储器利用外加磁场的变化，改变磁性多层结构材料中的电阻，从而存储和读取信息。
巨磁阻效应的高灵敏度和可控性，使得磁存储器具有更高的容量和更快的速度。
3.2 磁传感器巨磁阻效应也可以应用于磁传感器中。
磁传感器利用材料的电阻变化来感应磁场的变化。
巨磁阻传感器具有高灵敏度、宽工作范围和低功耗的特点，广泛应用于磁测量、地磁导航和磁生物学等领域。
3.3 磁电阻头巨磁阻效应还可以用于磁电阻头的制造。
磁电阻头是读取硬盘驱动器中存储信息的装置，利用材料电阻的变化来感知磁场中的数据。
巨磁阻效应的高灵敏度和稳定性，使得其在磁电阻头中有广泛的应用。
3.4 其他应用领域除了上述应用领域，巨磁阻效应还可应用于磁生物学、磁传导等领域。
例如，巨磁阻效应可以用于生物传感器中，实现对生物磁场的检测和分析。
此外，巨磁阻效应还可以用于磁传导器件中，实现磁传导的控制和调节。
磁阻传感器的工作原理
磁阻传感器的工作原理
磁阻传感器是一种利用磁阻效应来测量物理量的传感器。
它的基本原理是利用材料的电阻随磁场变化而变化的特性。
磁阻传感器通常由一个细长且薄的导体构成，这个导体的电阻会随着外加磁场的变化而发生相应的变化。
当磁场的变化作用于导体时，导体内的电子会受到磁力的作用，导致电阻发生改变。
具体而言，磁阻传感器的导体通常采用磁阻材料，如铁磁材料。
当外加磁场作用于导体时，导体内的磁性颗粒会发生重新排列，这会影响导体中的电子运动，从而改变电阻值。
磁阻传感器通常采用综合电路来将电阻的变化转化为可测量的电信号。
这些电信号可以进一步被处理和分析，用于测量和监测所需的物理量。
总的来说，磁阻传感器的工作原理是通过磁场对导体内磁性颗粒的影响，导致导体的电阻发生变化，进而测量物理量。
它具有灵敏度高、响应快以及可靠性强等优点，在工业控制、自动化以及汽车等领域得到广泛应用。
巨磁电阻原理
巨磁电阻原理巨磁电阻效应是指在外加磁场的作用下，材料的电阻发生变化的现象。
这一效应是由于磁性材料中自旋磁矩的定向受到外磁场的影响而引起的。
巨磁电阻效应在磁存储、传感器、磁电阻头等领域具有重要应用价值。
巨磁电阻效应的原理可以通过以下几个方面来解释：首先，当外加磁场作用于磁性材料时，磁性材料中的自旋磁矩会发生定向，导致材料的电子运动轨道发生变化。
这种变化会影响材料的电子输运性质，进而改变材料的电阻。
其次，巨磁电阻效应还与磁性材料中的磁畴结构有关。
磁畴是指在磁性材料中具有一定方向的微观磁矩区域。
在无外磁场作用时，磁性材料中的磁畴呈现出随机分布的状态，导致材料的电阻较大。
而在外加磁场作用下，磁畴会发生重新排列，使得磁性材料的电阻发生变化。
最后，巨磁电阻效应还与自旋极化有关。
自旋极化是指在磁性材料中，电子的自旋方向会受到外磁场的影响而发生变化。
这种自旋极化会影响材料的电子输运性质，从而改变材料的电阻。
总的来说，巨磁电阻效应是由外磁场对磁性材料中的自旋磁矩、磁畴结构和自旋极化等方面的影响而产生的。
利用这一效应，可以设计出各种应用于磁存储、传感器等领域的巨磁电阻器件，为现代电子技术的发展提供了重要的支持。
在实际应用中，巨磁电阻效应的研究和应用具有重要的意义。
通过对巨磁电阻效应的深入理解，可以设计出更加高效、稳定的巨磁电阻器件，为磁存储、磁传感器等领域的发展提供更多可能性。
同时，巨磁电阻效应的研究也有助于深入理解磁性材料的电子输运性质，为材料科学的发展做出贡献。
综上所述，巨磁电阻效应是一种重要的磁电效应，其原理涉及磁性材料中的自旋磁矩、磁畴结构和自旋极化等方面。
通过对这些方面的研究，可以设计出各种高效、稳定的巨磁电阻器件，为现代电子技术的发展提供重要支持。
巨磁电阻效应的研究和应用具有重要的意义，对于推动磁存储、传感器等领域的发展具有重要的推动作用。
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巨磁阻传感器原理及其应用日期：2013-11-15作者：何喜富，传感器系统应用工程师，英飞凌科技（中国）有限公司目前磁性传感器在汽车领域应用中主要有霍尔效应，各项异性磁阻效应，巨磁阻效应以及穿遂磁阻效应。
英飞凌是少数几个同时掌握磁性感应技术并应用于产品中的半导体公司之一。
磁性传感器广泛应用于现代汽车中，如速度检测，角度检测，位置检测，电流检测等。
根据磁性感应原理，可分为霍尔原理及磁阻原理。
其中磁阻式根据原理又可分为常磁阻效应（Ordinary Magneto Resistance, OMR）、各项异性磁阻效应（Anisotropic Magneto Resistance，AMR）、巨磁阻效应（Giant Magneto Resistance，GMR）、超巨磁阻效应（Colossal Magneto Resistance，CMR）、穿遂磁阻效应（Tunnel Magneto Resistance，TMR）、巨磁阻抗效应（Giant Magneto impedance，GMI）以及特异磁阻效应（Extraordinary Magneto Resistance，EMR）等。
目前磁性传感器在汽车领域应用中主要有霍尔效应，各项异性磁阻效应，巨磁阻效应以及穿遂磁阻效应。
英飞凌是少数几个同时掌握有以上磁性感应技术并应用于产品中的半导体公司之一。
相比于霍尔效应和各项异性磁阻效应，巨磁阻效应具有更好的灵敏度,更小的噪声以及气隙表现,非常适合汽车领域中需要高精度以及较大工作气隙要求的应用。
目前英飞凌巨磁阻系列传感器涵盖速度及角度应用，本文主要介绍巨磁阻传感器原理及其在速度检测和角度检测方面应用。
集成巨磁阻原理所谓磁阻效应是指导体或半导体在磁场作用下其电阻值发生变化的现象，巨磁阻效应在1988年由彼得•格林贝格（Peter Grünberg）和艾尔伯•费尔（Albert Fert）分别独立发现，他们因此共同获得2007年诺贝尔物理学奖。
研究发现在磁性多层膜如Fe/Cr和Co/Cu中，铁磁性层被纳米级厚度的非磁性材料分隔开来。
在特定条件下，电阻率减小的幅度相当大，比通常磁性金属与合金材料的磁电阻值约高10余倍，这一现象称为“巨磁阻效应”。
巨磁阻效应可以用量子力学解释,每一个电子都能够自旋,电子的散射率取决于自旋方向和磁性材料的磁化方向。
自旋方向和磁性材料磁化方向相同，则电子散射率就低，穿过磁性层的电子就多，从而呈现低阻抗。
反之当自旋方向和磁性材料磁化方向相反时，电子散射率高，因而穿过磁性层的电子较少，此时呈现高阻抗。
如图1所示，两侧蓝色层代表磁性材料薄膜层，中间橘色层代表非磁性材料薄膜层。
绿色箭头代表磁性材料磁化方向，灰色箭头代表电子自旋方向，黑色箭头代表电子散射。
左图表示两层磁性材料磁化方向相同，当一束自旋方向与磁性材料磁化方向都相同的电子通过时，电子较容易通过两层磁性材料，因而呈现低阻抗。
而右图表示两层磁性材料磁化方向相反，当一束自旋方向与第一层磁性材料磁化方向相同的电子通过时，电子较容易通过，但较难通过第二层磁化方向与电子自旋方向相反的磁性材料，因而呈现高阻抗。
图1:巨磁阻效应示意图基于巨磁阻效应的传感器其感应材料主要有三层：即参考层（Reference Layer或Pinned Layer），普通层（Normal Layer）和自由层（Free Layer）。
参考层具有固定磁化方向，其磁化方向不会受到外界磁场方向影响。
普通层为非磁性材料薄膜层，将两层磁性材料薄膜层分隔开。
自由层磁场方会随着外界平行磁场方向的改变而改变。
图2：巨磁阻磁性感应层结构巨磁阻阻值由自由层和参考层之间磁场方向夹角决定，其电阻变化率如式2-1所示：式2-1GMR传感器应用如上文所说,巨磁阻电阻值取决于自由层和参考层之间磁场方向夹角，自由层磁化方向会随着外界磁场方向改变而改变。
巨磁阻传感器磁场工作区间如图3所示，当外界磁场强度超过|B K|时巨磁阻传感器工作在饱和区，此时自由层和参考层磁化方向平行，进一步增加外界磁场强度不会导致电阻值变化。
当外界磁场强度范围在-B K <B< B K时，巨磁阻传感器工作在线性区间，此时电阻线性变化。
图3:GMR磁场工作区间特性曲线通常外界磁场强度B K为5mT时，巨磁阻阻值变化率在10%左右。
磁场线性区间用于速度检测，而饱和区间则用于角度检测。
1.速度检测巨磁阻速度传感器在汽车领域可以用于ABS、变速箱、凸轮和曲轴等速度及位置检测。
巨磁阻传感器其感应单元由四个巨磁阻单元组成一个惠斯通电桥，如图4所示为惠斯通电桥结构，每一个半桥包含两个巨磁阻单元，两个半桥之间距离通常为2.5mm （为了适应较小齿距轮速目标轮，TLE5041PlusC差分感应单元间距离为2.0mm）用于产生差分速度信号。
如果需要检测目标轮转动方向，则可以在正中间增加第5个巨磁阻单元。
方向信号和速度信号存在90°的相位偏移,通过比较速度信号和方向信号之间相位,可以判断目标轮转向,从而输出相应PWM信息用来反映目标轮转动方向。
根据图4惠斯通电桥结构，很容易得出如下等式：差分速度信号V sig=V p-V n=V b*R4/（R3+R4）-V b*R2/（R1+R2）式3-1方向信号V center=I center*R5 式3-2图4:惠斯通电桥磁性传感器通过检测磁场变化来检测目标轮速度以及方向, 而传感器感应面和目标轮之间磁场产生方式主要有两种:一种是针对非磁性轮应用，如图5左所示。
对于这种非磁性轮应用，设计时需要在传感器背面集成磁铁,即背磁方式（Back Bias）。
还有一种是磁性轮,如图5右所示。
图5:磁性速度传感器应用根据磁性传感器感应原理，霍尔传感器感应垂直于霍尔感应单元的磁场，即Z轴磁场。
而巨磁阻传感器则感应的是平行于巨磁阻感应单元的磁场，即X,Y轴磁场。
对于一些非磁性轮应用时，需要使用背磁方案。
背磁产生垂直于感应单元的磁场，当传感器靠近目标轮时，磁场受到目标轮影响而弯曲，从而产生巨磁阻传感器能够检测到的平行磁场。
如前所述，巨磁阻传感器用于速度检测时，其磁场工作区间为线性区间，线性区间工作磁场强度大约在±5mT，因此在使用背磁方案时需要有磁路抑制技术用以减少平行磁场强度，避免巨磁阻感应单元达到饱和。
为了更方便巨磁阻速度传感器在非磁性轮的应用,英飞凌也提供集成背磁版本（Integrated Back Bias）的巨磁阻速度传感器,其背磁方式采用具有英飞凌相关专利技术的磁路抑制方案。
另外对于曲轴和凸轮轴等应用除了需要速度信息外，有时候还需要传感器提供位置信息。
对于这类应用，需要特别注意的一点就是不能直接用巨磁阻传感器去替换霍尔传感器。
因为根据其感应原理，差分式霍尔传感器信号在齿中切换，而巨磁阻传感器则在齿边沿切换。
所以两种感应原理应用时存在着一定的相位偏移，这种相位偏移是不能够通过传感器硬件方式改变，只能通过软件方式进行调整。
相比于霍尔传感器，在速度检测方面巨磁阻传感器具有如下优点：-更好相位精度及重复精度-更高的灵敏度-优异的气隙表现-体积小-更好的抗噪声能力-工作温度范围更广-成本低：可以使用便宜的磁性材料如铁磁性材料，相比霍尔传感器常用到的钕铁硼、钐钴等稀土材料，能减少相应成本。
2.角度检测当巨磁阻传感器工作在磁场饱和区时可用于角度检测，巨磁阻感应单元阻值会随着外界磁场方向改变而改变。
如图6所示为巨磁阻角度传感器感应单元结构，四个独立的巨磁阻感应单元组成一个惠斯通电桥，箭头方向代表参考层磁化方向。
对于单核角度传感器总共有两个惠斯通电桥分别用来检测磁场正弦和余弦变化。
其中V X代表输出余弦信号，而V Y代表输出正弦信号。
正弦或者余弦信号只能检测180°范围，通过正弦和余弦信号求正切值，再反正切计算后便可以检测360°范围的角度变化。
对于一些需要提供冗余设计的系统，英飞凌提供双核版本角度传感器。
双核版本角度传感器其感应单元组成的惠斯通电桥组在结构上平行于感应平面X,Y轴，同心轴向垂直于Z轴，其巨磁阻感应单元结构大小相同，仅仅在Z轴方向存在一定气隙。
这样的设计能够很好地确保同一感应平面上磁场变化方向相同，更好地保证了双核角度传感器数据准确性以及可靠性。
图6：巨磁阻角度传感器感应单元为了满足不同角度检测应用，英飞凌巨磁阻角度传感器系列提供多种型号以满足不同需求。
比如TLE5009输出正弦和余弦模拟量，而TLE5011输出正弦和余弦数字量。
而TLE5012B则能够输出处理后的角度值，通过SPI协议输出角度以及速度信息，并针对不同应用还可提供IIF，HSM，PWM，SPC等接口。
巨磁阻角度传感器需要工作在合适的磁场强度，以TLE5012B为例，工作在-40℃至150℃下外部磁场强度规定为30mT至50mT范围。
外部磁场强度过小或者过大都会增加额外的角度误差。
如图7所示，绿色代表外部磁场，蓝色代表自由层磁化方向，红色代表参考层磁化方向。
当外部磁场强度太弱时，会导致自由层磁化方向不能够很好地对齐外部磁场方向。
当外部磁场强度太强时，会影响到参考层磁化方向。
外界磁场强度过强并不会造成芯片的损坏，只是会影响检测精度，当外界磁场强度恢复到规定范围内时，检测精度又能够恢复到正常范围。
图7：外部磁场强度对巨磁阻角度传感器影响总结综上所述,英飞凌能够为汽车领域应用提供基于巨磁阻效应传感器，可用于速度检测和角度检测，其感应单元和信号处理单元被集成到一个芯片上，可提供更小体积以及优异性能。
巨磁阻传感器具有体积小，灵敏度高，线性度好，温度范围高，耐恶劣环境，成本低等特点，将会越来越广泛地被用于各个领域。